Transferencia de carga y electrocatálisis en superficies nanoestructuradas

Abstract

En los últimos años, el mundo ha entrado en un período de crisis energética. Mientras las tecnologías de almacenamiento de energía se encuentran en una meseta luego del desarrollo de las baterías de Litio-Ion, la demanda continúa en constante aumento debido al crecimiento de la electrónica portátil. Teniendo en cuenta la situación energética actual, el universo científico se encuentra volcado a la investigación y desarrollo de nuevas tecnologías que permitan en un futuro cercano realizar una transición definitiva hacia energías limpias y sustentables. El trabajo de investigación realizado en esta tesis se enfocó en el estudio de aspectos fundamentales vinculados a los procesos fisicoquímicos que tienen lugar en dispositivos de producción y almacenamiento energético. La primera parte (capítulo 3) de la tesis se avocó al estudio de aspectos fundamentales de transferencia electrónica entre superficies metálicas y sondas redox: el primer eslabón en las reacciones electroquímicas catalizadas. Se logró determinar tres tipos de mecanismos de transferencia electrónica para tres tipos de configuraciones autoensambladas en dos dimensiones: transferencia por efecto túnel, transferencia gatillada por potencial de compuerta (transistores moleculares) y transferencia ultra rápida mediada por nanopartículas metálicas.En la segunda parte (capítulos 4 y 5) de la tesis se estudió el proceso de transferencia electrónica involucrado en la reacción de reducción de oxígeno (ORR) tanto en sistemas acuosos como en sistemas no acuosos. Se diseñó un catalizador heterogéneo para la ORR formado por una molécula de ftalocianina de hierro (II) coordinada axialmente por mercaptopiridina. Se determinó la cinética de transferencia electrónica en la reacción y se hallaron dos mecanismos distintos dependiendo de la naturaleza del solvente (agua y dimetilsulfoxido). Por otro lado, se estudió la transferencia de carga en la reacción para sistemas no acuosos con agregado de iones Li+ empleando distintas superficies planas. Se analizó el uso de mediadores redox para la oxidación de depósitos de Li2O2 insolubles y se estudió el rol del ion superóxido en el mecanismo de reacción de reducción de oxígeno.